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为探究肠道微生物与骨骼健康关联，研究人员以小鼠为模型，发现慢性结肠炎小鼠色氨酸（Trp）代谢物减少致肠屏障受损、骨丢失。补充产色氨酸益生菌可修复肠屏障、缓解骨丢失，还改善老年小鼠骨质疏松，为骨疾病治疗提供新方向。
骨质疏松是老龄化社会面临的重大健康挑战，其发病机制与多系统关联密切。近年来，肠道微生物与骨骼健康的 “肠 - 骨轴” 关系逐渐成为研究热点，但其中的具体机制，尤其是肠道代谢物如何调控骨稳态仍不明确。慢性炎症性肠病（如结肠炎）患者常伴随骨密度下降，而衰老过程中肠道屏障功能衰退与骨质疏松的关联性也亟待深入解析。在此背景下，苏州大学的研究团队围绕肠道微生物代谢物色氨酸（Tryptophan）及其衍生物在骨代谢中的作用展开研究，相关成果发表于《Bioactive Materials》，为骨质疏松的防治提供了全新视角。
研究人员采用多种关键技术开展工作：通过构建慢性结肠炎小鼠模型（1.5% DSS 诱导 12 周）和老年小鼠模型（22 月龄 C57BL/6J 小鼠），利用显微计算机断层扫描（micro-CT）分析骨结构参数，结合组织学染色（H&E、TRAP、免疫荧光）、ELISA 检测炎症因子与骨代谢标志物（如 P1NP、CTX、RANKL、OPG）、16S rRNA 测序分析肠道菌群组成、非靶向代谢组学筛选差异代谢物，并通过基因工程改造产色氨酸的丁酸梭菌（Clostridium butyricum）进行体内干预实验。
2.1 结肠炎对骨代谢的影响
通过 micro-CT 和组织学分析发现，慢性结肠炎小鼠股骨骨密度、骨体积分数（BV/TV）及骨小梁数量（Tb.N）显著降低，破骨细胞活性（TRAP 染色）增强，血清 RANKL/OPG 比值升高，表明结肠炎通过诱导全身炎症和骨吸收增强导致骨质疏松。
2.2 炎症介质破坏骨重塑
骨髓炎症因子 IL-1β 和 TNF-α 水平升高，抑制成骨细胞分化相关蛋白（Sp7、RUNX2、骨桥蛋白）表达，同时促进破骨细胞标志物（NFATc1、CTSK、c-FOS）活性。体外实验显示，结肠炎小鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）成骨分化能力下降，而破骨细胞分化增强，证实炎症微环境失衡是骨丢失的关键机制。
2.3 色氨酸代谢途径对肠上皮屏障的调控
16S rRNA 测序表明，结肠炎小鼠肠道菌群中厚壁菌门 / 拟杆菌门（Firmicutes/Bacteroidetes）比值升高，菌群多样性降低，色氨酸代谢产物（如犬尿酸、吲哚衍生物）显著减少，伴随肠屏障紧密连接蛋白 ZO-1 和 occludin 表达下降。通过基因工程改造产色氨酸的丁酸梭菌（Trp-CB），发现其可恢复肠道菌群平衡，增加短链脂肪酸（SCFAs）尤其是丁酸水平，修复肠屏障功能。
2.4 产色氨酸益生菌缓解结肠炎小鼠骨质疏松
灌胃 Trp-CB 后，结肠炎小鼠骨髓炎症因子水平降低，成骨蛋白表达恢复，破骨细胞活性抑制，micro-CT 显示骨密度和骨结构参数显著改善。体外实验证实，Trp-CB 通过调节 Wnt/β-catenin（成骨）和 NF-κB（破骨）通路，间接恢复骨重塑平衡。
2.5 产色氨酸益生菌改善老年小鼠骨量
在老年小鼠模型中，Trp-CB 治疗显著提升肠屏障蛋白 ZO-1 和 occludin 表达，减少肠道炎症和上皮细胞凋亡，同时逆转年龄相关的骨密度下降，且无明显全身毒性。代谢组学显示，其通过恢复色氨酸代谢和 SCFAs 水平发挥作用。
研究证实，肠道色氨酸代谢失衡通过破坏肠屏障引发系统性炎症，进而导致骨吸收 - 形成失衡，而产色氨酸益生菌通过重塑肠 - 骨轴代谢通路，为骨质疏松（尤其是与慢性炎症和衰老相关的类型）提供了 “微生物 - 代谢物 - 器官轴” 的治疗新策略。该研究不仅揭示了肠 - 骨互作的关键分子机制，还展示了合成生物学改造益生菌在代谢性骨病中的临床转化潜力，为老龄化社会的骨质疏松防治提供了创新思路。未来可进一步探索该益生菌在其他类型骨质疏松中的应用及长期安全性，推动其从基础研究向临床应用的跨越。
